32772

Обратимые и необратимые процессы. Круговой процесс (цикл). Тепловые двигатели и холодильные машины. Термический КПД

Доклад

Физика

производит положительную работу за счёт своей внутренней энергии и количеств теплоты Qn полученных от внешних источников а на др. системой или над системой работа А равна алгебраической сумме количеств теплоты Q полученных или отданных на каждом участке К. Отношение А Qn совершённой системой работы к количеству полученной ею теплоты называется коэффициентом полезного действия кпд К. называется прямым если его результатом является совершение работы над внешними телами и переход определённого количества теплоты от более нагретого...

Русский

2013-09-05

52.5 KB

30 чел.

48.Обратимые и необратимые процессы. Круговой процесс (цикл). Тепловые двигатели и холодильные машины. Термический КПД.

ОБРАТИМЫЕ И НЕОБРАТИМЫЕ ПРОЦЕССЫ, пути изменения состояния термодинамич. системы. Процесс наз. обратимым, если он допускает возвращение рассматриваемой системы из конечного состояния в исходное через ту же последовательность промежут. состояний, что и в прямом процессе, но проходимую в обратном порядке. При этом в исходное состояние возвращается не только система, но и среда. Обратимый процесс возможен, если и в системе, и в окружающей среде он протекает равновесно. При этом предполагается, что равновесие существует между отдельными частями рассматриваемой системы и на границе с окружающей средой. Обратимый процесс - идеализир. случай, достижимый лишь при бесконечно медленном изменении термодинамич. параметров. Скорость установления равновесия должна быть больше, чем скорость рассматриваемого процесса. Если невозможно найти способ вернуть и систему, и тела в окружающей среде в исходное состояние, процесс изменения состояния системы наз. необратимым.

Необратимые процессы могут протекать самопроизвольно только в одном направлении; таковы диффузия, теплопроводность, вязкое течение и др. Для хим. р-ции применяют понятия термодинамич. и кинетич. обратимости, к-рые совпадают только в непосредств. близости к состоянию равновесия. Р-ция А + ВС + D наз. кинетически обратимой или двусторонней, если в данных условиях продукты С и D могут реагировать друг с другом с образованием исходных в-в А и В. При этом скорости прямой и обратной р-ций, соотв. , гдеи-константы скорости, [А], [В], [С], [D]- текущие концентрации (активности), с течением времени становятся равными и наступает химическое равновесие, в к-ром -константа равновесия., зависящая от т-ры. Кинетически необратимыми (односторонними) являются обычно такие р-ции, в ходе к-рых хотя бы один из продуктов удаляется из зоны р-ции (выпадает в осадок, улетучивается или выделяется в виде малодиссоциированного соед.), а также р-ции, сопровождающиеся выделением большого кол-ва тепла.

На практике нередко встречаются системы, находящиеся в частичном равновесии, т.е. в равновесии по отношению к определенного рода процессам, тогда как в целом система неравновесна. Напр., образец закаленной стали обладает пространств. неоднородностью и является системой, неравновесной по отношению к диффузионным процессам, однако в этом образце могут происходить равновесные циклы мех. деформации, поскольку времена релаксации диффузии и деформации в твердых телах отличаются на десятки порядков. Следовательно, процессы с относительно большим временем релаксации являются кинетически заторможенными и могут не приниматься во внимание при термодинамич. анализе более быстрых процессов.

Необратимые процессы сопровождаются диссипативными эффектами, сущностью к-рых является производство (генерирование) энтропии в системе в результате протекания рассматриваемого процесса. Простейшее выражение закона диссипации имеет вид:

гдесредняя т-ра, diS-производство энтропии, - т. наз. нескомпенсированная теплота Клаузиуса (теплота диссипации).

Обратимые процессы, будучи идеализированными, не сопровождаются диссипативными эффектами. Микроско-пич. теория обратимых и необратимых процессов развивается в статистической термодинамике. Системы, в к-рых протекают необратимые процессы, изучает термодинамика необратимых процессов.

Круговой процесс (цикл) в термодинамике, процесс, при котором физическая система (например, пар), претерпев ряд изменений, возвращается в исходное состояние. Термодинамические параметры и характеристические функции состояния системы (температура Т, давление р, объём V, внутренняя энергия U, энтропия S и др.) в конце К. п. вновь принимают первоначальное значение и, следовательно, их изменения при К. п. равны нулю (U = 0 и т. д.). Все изменения, возникающие в результате К. п., происходят только в среде, окружающей систему. Система (рабочее тело) на одних участках К. п. производит положительную работу за счёт своей внутренней энергии и количеств теплоты Qn, полученных от внешних источников, а на др. участках К. п. работу над системой совершают внешние силы (часть её идёт на восстановление внутренней энергии системы). Согласно первому началу термодинамики (закону сохранения энергии), произведённая в К. п. системой или над системой работа (А) равна алгебраической сумме количеств теплоты (Q), полученных или отданных на каждом участке К. п. (U = QА = 0,А = Q). Отношение А/Qn (совершённой системой работы к количеству полученной ею теплоты) называется коэффициентом полезного действия (кпд) К. п.

  Различают равновесные (точнее, квазиравновесные) К. п., в которых последовательно проходимые системой состояния близки к равновесным, и неравновесные К. п., у которых хотя бы один из участков является неравновесным процессом. У равновесных К. п. кпд максимален. На рисунке дано графическое изображение равновесного (обратимого) Карно цикла, имеющего максимальное кпд.

  К. п. называется прямым, если его результатом является совершение работы над внешними телами и переход определённого количества теплоты от более нагретого тела (нагревателя) к менее нагретому (холодильнику). К. п., результатом которого является перевод определённого количества теплоты от холодильника к нагревателю за счёт работы внешних сил, называется обратным К. п. или холодильным циклом.

Тепловой двигатель — тепловая машина, превращающая тепло в механическую энергию. Использует зависимость теплового расширения вещества от температуры. Действие теплового двигателя подчиняется законам термодинамики. Для работы необходимо создать разность давлений по обе стороны поршня двигателя или лопастей турбины. Для работы двигателя обязательно наличие топлива. Это возможно при нагревании рабочего тела (газа), который совершает работу за счёт изменения своей внутренней энергии. Повышение и понижение температуры осуществляется, соответственно, нагревателем и холодильником. Был предложен вариант вечного двигателя, нарушающего 2 закон термодинамики. Если не использовать холодильник и нагреватель, а просто встроить в поршень демона Максвелла, который будет пропускать в одну сторону горячие молекулы, а в другую холодные, то поршень придёт в движение. Если дать команду демону пропускать молекулы в другом направлении, поршень спустя какое-то время двинется в обратном направлении.

Работа, совершаемая двигателем, равна:

,где:

QH — количество теплоты, полученное от нагревателя,

QX — количество теплоты, отданное охладителю.

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового двигателя рассчитывается как отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя:


Часть теплоты при передаче неизбежно теряется, поэтому КПД двигателя менее 1. Максимально возможным КПД обладает двигатель Карно. КПД двигателя Карно зависит только от абсолютных температур нагревателя(
TH) и холодильника(TX):


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

25170. Поняття феномену у феноменологічній філософії 31 KB
  Поняття феномену у феноменологічній філософії Феномен від грецьк. У феноменології Гуссерля Ф. дається в принципово іншій – феноменологічній – установці. Після процедури феноменологічної редукції очищення змісту свідомості від натуралізму та психологізму цей зміст постає як інтенційна даність ноезоноематичних актів що конституюють змістовний результат пізнання.
25171. М.Фуко. “Слова і речі” 28 KB
  Підзаголовок €œАрхеологія гуманітарного знання€. Археологія як протиставлення кумулятивістським концепціям для яких найважливішим є прогрес знання через накопичення спостережених фактів. В книзі €œАрхеологія знання€ доробив та €œпомякшив€ розриви між епістемами за рахунок поняття €œдискурсивна практика€.
25172. Роль соціальних інститутів в житті суспільства 25.5 KB
  Соціальні інститути бувають: Економічні – поділ праці право приватної власності заробітна плата; Політичні – держава армія суд партії Інститути шлюбу та сімї Виховні Соціальні інститути в системі культури.Дюркгейма вивів ряд базових соціальних характеристик якими повинні володіти соціальні інститути. Інститути сприймаються індивідами як зовнішня реальність. Інститути сприймаються індивідом як об'єктивна реальність.
25173. Поняття нації в сучасній соціальній філософії 25 KB
  Поняття нації в сучасній соціальній філософії. Але якщо говорити про сучасне розуміння нації то панує ряд таких тенденцій: Нації – це явища модерної епохи Європоцентризм погляди дослідників завжди спрямовані на Європу пр розгляді цього поняття Нації – це штучно створений феномен вони є продуктом процесу модернізації та створені для певних цілей. Нації – це територіальні та політичні спільноти Вони завжди засновані на соціальній комунікації. Ентоні Сміт пропонує виокремлювати такі підходи до розуміння нації в сучасну епоху:...
25174. Критика соціальних теорій Гегеля і Маркса за працею К.Поппера “Відкрите суспільство та його вороги” 22.5 KB
  Найголовніший пункт критики – ідея історичної закономірності розвитку людської спільноти. Поппер відкидає поняття закону історії і каже що історичні факти можна пояснити після того як вони відбулися але шукати в них закономірності немає сенсу. Закономірності вивчає соціологія історія ж аналізує окремі події. Він вважав хибною дихотомію природничонаукового та соціального знання через те що й там і там діє принцип фальсифікації заперечував існування обєктивних законів історії стверджував відсутність жорсткого детермінізму в природі і...
25175. К.Леві-Стросс – один з найвизначніших представників структуралізму 29.5 KB
  Подібні спроби вчинялися до нього Проппом при аналізі казки але саме ЛевіСтросс вкорінив інваріантні форми структуру не у емпіричній реальності а у самій людині в несвідомих структурах розуму. – нова дисципліна яка виникає як результат об’єднання ЛевіСтросом соціальної антропології і етнологічної дисципліни. Недоліки вчення ЛевіСтросса: поглинання свободи індивіда об’єктивними закономірностями переоцінка ролі позасвідомого недооцінка ролі історії.
25176. Взаємовплив науки і філософії 27.5 KB
  Співвідношення філософії і науки можна показати на прикладі міркувань Патнема. тобто тут висловлюється думка сама про взаємовплив науки і філософії. Філософія створює для науки ціннісно нормативну сферу і в свою чергу беручи за цінності результати отримані наукою.
25177. «ПОВСТАННЯ МАС» як проблема історії ХХ ст.. (Х. Ортега-і-Гассет) 24.5 KB
  Маса за ОртегоюіГасеттом це середня людина без обличчя загальний тип. Маса – це кожен хто сприймає себе як усіх інших тобто маса поглинає особистість тому залишається посередність. Маса завжди має жагу до відновлення переходить до насилля це є одичавінням процес розпаду у розумінні ортегаіГассета тому маса переходить до прямих форм дії губить духовні форми. Маса ненавидить тих хто до неї не входить.
25178. Філософія позитивізму та неопозитивізму 29.5 KB
  Філософія позитивізму та неопозитивізму 1. Класичний позитивізм Конт Спенсер Міль 1й позитивізм Наука не пояснює а описує явища. позитивізм переживає кризу викликану прогресом природничонаукового знання. Адже прогрес науки заперечував і знецінював ті синтетичні€ узагальнення що розглядалися позитивізмом як вічні і незаперечні істини.